«Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Сорбция.» ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» - Российский государственный технологический университет имЕНИ К. Э. Циолковского Кафедра «Промышленная экология и безопасность производства» по дисциплине « Процессы и аппараты» на тему: «Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Сорбция.» Студент (И.В. Приставко) Группа (6ИЗО-4ДС-042у) Руководитель Москва 2009 г. Содержание 1. Фильтрование . 3 2. Ионный обмен . 6 3. Экстракция . 7 4. Сорбция . 12 1. Фильтрование 1) Найти общее количество фильтрата полученного в конце фильтрования суспензии при постоянной разности давлений на рамном фильтр-прессе который состоит из n рам размером 800х800 мм. Скорость промывки в Z раз меньше скорости фильтрования. Время промывки осадка τ ч. Количество промывной жидкости V пр л. Дано: Вар n Z K ∙ 105 м2 /с C ∙ 102 м3 /м2 τ ч V пр л 14 24 2,4 2,9 4,3 6,1 3450 0,0000245475 м3 /ч 15,36 м2 Продифференцируем уравнение: 0,5476915164477 м 3 / м 2 m(S, n, V, C, K, ) = 8412,5416926367 кг / м 2 2) На барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия подаётся 8,6 м3 /ч суспензии содержащей 17,6 % твёрдой фазы. Необходимая влажность осадка составляет 34 % Давление в вакуумной сети предприятия составляет 510 мм. рт. ст. При эксперименте давление составляло 610 мм. рт. ст. В эксперименте было установлено, что заданная влажность осадка получается за 32 с. работы фильтра (зоны фильтрования). Полученные значения коэффициентов составляют: К = 11,2 л6 /м4 с С = 6 л3 /м2 ρ = 1120 кг/м3 Выбрать фильтр марки БОУ Дано: V с = 8,6 м3 /ч w = 17,6 % φ = 34 % p п = 510 мм. рт. ст. p э = 610 мм. рт. ст. τ = 32 с. Кэ = 11,2 л6 /м4 с Сэ = 6 л3 /м2 ρс = 1120 кг/м3 ρэ = 1000 кг/м3 Решение: = 1,2 Кп = 13,4 Сп = 7,2 V 2 + 14,4 V - 428,8 = 0 D = 1922,6 V 1 = 14,72 л/м2 32с V 2 = -29,12 Производительность по фильтрату: V 1 = 0,46 л/м2 с БОУ — ? Массовое соотношение влажного и сухого осадка: W О = 0,7 л/м2 с = 2,52 кг/м2 ч расход суспензии V св = 9632 кг/ч Расход осадка Vc м = V св ∙ w ∙ m = 2576,753 кг/ч Количество фильтрата V св - Vc м = 7055,247 кг/ч = 1,96 л/с воды фильтр должен давать S п = 2,8 м2 Определим поверхность фильтра: У фильтров типа БОУ поверхность фильтрования составляет примерно 35% общей поверхности. S ф = 8 м2 Исходя из поверхности фильтрования, выбираем фильтр БОУ­-10 -2,6 Для определения частоты вращения, необходимо определить длину поверхности фильтра и длину зоны фильтрования: l ф = 3,85 м l зф = 1,08 м Определяем частоту вращения барабана: ν = 1,284 мин-1 3) Определение констант фильтрования лабораторным методом. Уравнение выражающее прямолинейную зависимость между величинами dV / dτ и V применяется для определения С и К по экспериментальным данным: V — объем фильтрата, м3 ; τ — продолжительность фильтрования, с ; Для этой цели откладываются по оси абсцисс измеренные значения V1 , V2 ,..., Vn , а по оси ординат — соответствующие измеренные значения τ1 /V1 , τ2 /V2 ,...., τn /Vn . Проведя по экспериментальным точкам прямую, находят затем К и С из уравнений: τgβ = 2/К m = 2С/К. 2. Ионный обмен 4) Необходимо получить умягчённую воду с общим солесодержанием 15 мгэкв/л. Заданная величина проскока составляет 0,02 мгэкв/л. Рассчитать расход реагента NaCl на регенерацию катионита КУ­-2-8, обеспечивающего проведение процесса в заданном режиме. Дано: С = 15 мгэкв/л φ = 0,00125 Ж = 0,02 мгэкв/л α0 = 0,6 MNa = 23 г/моль MCl = 35,5 г/моль MNaCl = 58,5 г/моль α = 0,9375 m — ? μ’ = 3,178667 экв/экв вост. ё m = MNaCl ∙ μ’ = 185,95202 кг/кг вост ё 3. Экстракция 5) Коэффициент распределения равен 0,0017 a. Определить концентрацию металла, если на его экстракцию поступает 1 л раствора и 0,05 л экстрагента. Начальная концентрация металла 0,3 г/л. b. Определить число ступеней экстракции до достижения экстракции металла до 10-6 г/л, если экстрагент подаётся порциями по 0,15 л. Дано: Kp = 0,0017 V орг = 0,05 л V в = 1 л Св нач = 0,3 г/л Сдост = 0,000001 г/л V орг пор = 0,15 л а. V в (Св нач – Св кон ) = V орг Сорг нас 0,3 – = 0,05Сорг нас Сорг нас = 5,80271 г/л Св кон = 0,00986 г/л а) Св кон — ? б)Колчество ступеней - ? b . 1-ступень: 0,3 – = 0,15 Сорг нас Сорг нас = 1,97759 г/л Св кон = 0,00336 г/л 2-ступень 0,00336 – = 0,15 Сорг нас Сорг нас = 0,022148978 г/л Св кон = 0,000037653 г/л 3-ступень 0,000037653 – = 0,15 Сорг нас Сорг нас = 0,0002482069875 г/л Св кон = 0,0000004219519 г/л 6) Потоки водной и органической фаз равны. После экстракции раствора, который содержал 0,5 г/л Ni и 1,5 г/л Fe , осталось 0,1 г/л Ni и 1,45 г/л Fe . Определить Kp, β, E. Дано: V орг = V в Св Ni нач = 0,5 г/л Св Ni кон = 0,1 г/л Св Fe нач = 1,5 г/л Св Fe кон = 1,45 г/л V в (Св нач – Св кон ) = V орг Сорг нас Так как V орг = V в Сорг нас = Св нач - Св кон Сорг Ni нас = 0,4 г/л Сорг Fe нас = 0,05 г/л Kp — ? β — ? Е — ? 7) Экстракция Te осуществляемая 80% раствором ТБФ в керосине. Ёмкость экстрагента 55 мг/л. Поток экстрагента 100 л/ч. В исходном водном растворе содержится 60 г/л Те. Экстрактор работает 20 ч/сут. Извлечение Те ― 96%. Плотность керосина и ТБФ 0,8 и 0,995 кг/л соответственно. Определить: a. Суточный расход составляющих экстракта по керосину и ТБФ. b. Массу извлекаемого Те в сутки. Дано: Ё = 55 мг/л V орг = 100 л/ч Св нач = 60 г/л T = 20 ч/сут. E = 96 % ρ к = 0,8 г/л ρ ТБФ = 0,995 г/л V в (Св нач – Св кон ) = V орг Сорг нас а. V орг сут = 100 ∙ 20 = 2000 л/ч V к сут = V ТБФ сут = M ТБФ сут = ρр-ра = 0,8/0,8 + 0,2/0,995 = 1,201 л/кг m р-ра сут = 2000/1,2 = 1665,272 кг V ТБФ сут = = 1665,272 л V к сут = =334,728 л б. m Те сут = V орг сут ∙ Ё ∙ Е m Те сут = 2000 ∙ 55 ∙ 0,96 = 105600 мг/сут V ТБФ сут — ? V к сут — ? m Те сут — ? 8) На экстракцию поступает 0,3 л водного раствора содержащего 0,2 моль соли и 0,2 л экстрагента. Коэффициент распределения соли равен 0,075 Определить концентрацию соли в водной и органической фазе. Дано: Kp = 0,075 V орг = 0,2 л V в = 0,3 л n = 2 моль V в (Св нач – Св кон ) = V орг Сорг нас Св кон — ? Сорг кон — ?